Capacímetro Utilizando CI 555 em modo Mono estável

Capacímetro utilizando CI 555 em modo Monoestável

João Gabriel Royo da Silva (RA 16645400), [e-mail]

AEMS - Faculdades Integradas de Três Lagoas,

Engenharia Elétrica – 6º Período.

11 de maio de 2017

Resumo

        Neste trabalho foi realizado um experimento utilizando um CI555 no seu modo monoestável. Utilizando seu estado instável para a medição da capacitância de um capacitor. O experimento foi montado em uma protoboard, utilizando um Arduino Uno como processador para os cálculos, resistores, um LED, e um display LCD 16x2. O cálculo da capacitância foi realizado a partir do tempo da duração de pulso do estado instável do CI555 e da resistência de carga utilizada.

Palavras-chave: Arduino, capacitância, monoestável

1 Objetivos

        O objetivo deste trabalho é o estudo do comportamento e utilização de um circuito monoestável. Dessa forma, montar um circuito funcional utilizando um componente com tal função. Apresentando assim, uma funcionalidade para o mesmo: um capacímetro.

2 Desenvolvimento

2.1 Introdução

        Capacímetros são instrumentos utilizados para medir capacitâncias de diversos tipos. Existem dois tipos de capacímetros mais comuns: o analógico (de ponteiro) e o digital (de visor LCD ou LED).

2.1.1 Capacitância

        Capacitância é a razão entre a carga depositada em uma placa de um capacitor e a diferença de potencial entre as duas placas, medidas em farads (F) (Sadiku, 2013). A capacitância depende da relação entre a diferença de potencial (ou tensão elétrica) existente entre as placas do capacitor e a carga elétrica nele armazenada. É calculada de acordo com a seguinte fórmula:

[pic 1]

Onde:

•  C é a capacitância, expressa em farads. Como esta unidade é relativamente grande, geralmente são utilizados os seus submúltiplos, como o microfarad (mF), o nanofarad (uF) ou o picofarad (pF).
•  Q é a carga elétrica armazenada, medida em coulombs;
•  V é a diferença de potencial (ou tensão elétrica), medida em volts.

Embora a capacitância C de um capacitor seja a razão entre a carga Q por placa e a tensão aplicada v, ela não depende de q ou v, mas, sim, das dimensões físicas do capacitor. Por exemplo, para o capacitor de placas paralelas, mostrado na Figura 1.

[pic 2]

        O Gráfico a seguir mostra as curvas de carga e descarga de um capacitor e suas respectivas equações (VC x RC):

[pic 3]

        Podemos calcular a capacitância de um capacitor baseado na resposta transiente de um circuito RC. A vantagem desse método é que o resultado pode ser obtido de forma digital diretamente, pois a medição é realizada baseada no tempo.

2.2 O Projeto

        A proposta desse projeto é medir a capacitância através do tempo de resposta de um circuito monoestável e um resistor definido.

2.2.1 O Monoestável

        O monoestável produz um nível alto em sua saída durante um determinado tempo, denominado largura de pulso. A largura de pulso será proporcional à capacitância aplicada ao monoestável.

        Utilizando o componente selecionado para tal finalidade, o CI555, o tempo da largura do pulso é representado pela seguinte fórmula:

T = R * C * 1.1

        Onde:

• T é o tempo da largura do pulso.
• R é a resistência da carga
• C é a capacitância do capacitor

Um exemplo de configuração do CI555 operando em modo monoestável é mostrado conforme a Figura 2.

[pic 4]

2.2.2 O Arduino

        Arduino é uma placa de prototipagem eletrônica de código aberto. O projeto, surgido na cidade de Ivrea, na Itália, em 2005, inclui hardware e software livre e visa oferecer ferramentas adaptáveis e de baixo custo para a criação de projetos interativos de diversas ordens.

Não é composto somente pela parte de hardware, mas também pelo software. Ambos em código aberto, eles podem ser modificados conforme a necessidade do usuário.

A parte de software é desenvolvida por meio de linguagem C/C++ e seu ambiente gráfico escrito em Java. Ele ainda traz um firmware embutido e que é carregado na memória ROM da placa.

Sua principal finalidade é facilitar a prototipagem, implementação ou emulação de um sistema de controle. Podendo controlar diversos tipos de componente e sensores. Os campos de atualização para ele são vários, podendo ser aplicado na robótica, impressão 3D, automação entre outros.

2.2.3 Montagem do circuito

        Para a montagem do circuito foram utilizados os seguintes itens:

Componente	Quantidade	Detalhes
Arduino Uno	1	REV3
Resistor	3	1x300Ω,1x10kΩ,1x100kΩ
Capacitor	1	1x?F
CI555	1	-
PushButton	1	-
Jumpers	-	-
LED	1	-
Protoboard	1	-
Display LCD	1	16X2
Potenciômetro	1	100kΩ

          Tabela 1: Componentes Utilizados

        O esquema de ligação do circuito segue a imagem da Figura 3.[pic 5]

          Figura 3: Circuito.

        Quando ligado o circuito, o Arduino fica executando a função loop aguardando o pulso do monoestável.